微小尺度燃燒中淬熄距離和貧燃極限的研究.pdf

1、微型推力器、微小能源或動(dòng)力裝置中高密度能量可通過在微小尺度空間組織燃燒獲得。通過調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)研究工作，總結(jié)了微小尺度燃燒在新型能源環(huán)境下的重要意義，提出了微小尺度燃燒領(lǐng)域里存在的問題和挑戰(zhàn)，并指出催化燃燒、多孔介質(zhì)燃燒及二者相結(jié)合的技術(shù)是減小淬熄距離，提高貧燃熄火極限的最主要和最有效的手段。微小尺度燃燒研究具有重要的工程應(yīng)用與學(xué)術(shù)價(jià)值。
　　 建立了基于CHEMKIN和FLUENT平臺(tái)的二維催化燃燒數(shù)值方法，并利用詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)

2、動(dòng)力學(xué)機(jī)理，對(duì)CH4/Air在Pt表面催化燃燒進(jìn)行數(shù)值研究與模型驗(yàn)證。首先，在滯止流研究平臺(tái)上，利用基于一維假設(shè)的Spin 程序計(jì)算滯止點(diǎn)催化燃燒溫度場，并獲得與Deutschmann的計(jì)算一致的結(jié)果。引入氣相反應(yīng)后，對(duì)二維軸對(duì)稱和一維模擬的催化燃燒火焰結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了所建立的二維數(shù)值模型，同時(shí)考察滯止流一維假設(shè)的適用性。通過比較不同拉伸率的一維和二維計(jì)算結(jié)果，指出低拉伸率時(shí)必須考慮徑向擴(kuò)散；在高拉伸率時(shí)，溫度和組分濃度一維特性

3、較好。最后，為研究表面催化燃燒對(duì)淬熄距離和空間氣相燃燒的影響，對(duì)微小尺度二維漸擴(kuò)通道內(nèi)表面的催化燃燒進(jìn)行數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明，表面催化能使氣相燃燒穩(wěn)定在更小尺寸的空間內(nèi)，顯著縮小淬熄距離。另外，表面催化燃燒能降低局部高溫，減少熱損失同時(shí)能有效提高燃料轉(zhuǎn)化率，有利于在微小尺度空間組織更穩(wěn)定的燃燒和減少污染物排放。
　　 利用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)設(shè)計(jì)了用作TPV 熱源的中空和非中空側(cè)面輻射器、端面輻射器。側(cè)面輻射器的輻射表面積較大，功

4、率約為4kW的燃燒即可獲得高達(dá)1000 ℃以上的輻射表面溫度。功率為4.3kW 時(shí)，最高輻照密度可達(dá)9kW/m 2；
　　 多孔介質(zhì)內(nèi)可組織大面積均勻燃燒，且溫度均勻性好。功率一定時(shí)，低當(dāng)量比可獲得更好的輻射表面溫度均勻性。功率4.3kW、當(dāng)量比0.5 時(shí)，輻射表面沿流向平均溫度梯度為1.7 ℃/mm；回?zé)崮苡行岣咻椛錅囟群洼椛湫?，但易?dǎo)致回火。與側(cè)面輻射器相比，端面輻射器的輻射表面溫度更高、更均勻，且便于PV電池安裝和系統(tǒng)

5、集成，但輻射面積小。端面輻射器的研究結(jié)果表明，最大相對(duì)溫差小于3％；可實(shí)現(xiàn)最低當(dāng)量比0.33的穩(wěn)定可持續(xù)燃燒。實(shí)驗(yàn)工況下，兩種輻射器的NOX排放都低于25 PPM；當(dāng)量比高于0.45 時(shí)，CO 排放均低于10 PPM。
　　 為了研究輻射對(duì)小尺度貧燃料燃燒特性的影響，設(shè)計(jì)了帶回?zé)岬男〕叨热紵?，?shí)驗(yàn)研究了甲烷和丙烷兩種燃料的小尺度燃燒特性、貧燃熄火極限、污染物排放等，并輔以數(shù)值手段分析燃燒溫度和回?zé)嵝?。?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該燃燒器在